反航母子母弹毁伤效能评估仿真系统开发＊

2011-12-07李向荣李胜云

弹箭与制导学报 2011年5期

李向荣，徐峰，李胜云

（1装甲兵工程学院，北京 100072；2中国白城兵器试验中心，吉林白城 137000；3 96317部队，江西宜春 336000）

0 引言

子母弹由于威力半径大、毁伤效果好而日益受到重视，主要用于对坦克群、航母等重要集群目标和面目标的打击[1]。设计前级为破甲后级为杀爆式串联子母弹主要用于封锁航母，子弹落在甲板上，前级破甲战斗部立即被引爆形成射流，在甲板上扩孔，使后级杀爆式战斗部随进一段后固定在甲板上，当甲板上飞机起飞或有人员走近时被引爆，实现封锁目的[2]。该串联式战斗部对航母的毁伤效能很大程度上取决于落在航母甲板有效区域内的子弹数以及子弹落点位置。

1 系统功能模块设计

毁伤评估仿真系统主要由5个主要子模块构成[3－4]，各个子模块之间的关系以及系统仿真流程如图1所示。

1）母弹抛撒点参数模块：该模块是为采用解析法求解子弹弹道提供必要的初始参数，包括母弹终点速度、抛撒高度、子弹径向速度等母弹抛撒位置的参数。这些参数有的是作为已知输入，例如终点速度和抛撒高度；而有的是需要通过该模块进行计算，如子弹径向速度等。

2）子弹弹道计算模块：该模块是要建立母弹抛撒后子弹质点弹道模型，用于确定子弹在任意时刻三维空间内子弹运行轨迹，并最后确定子弹在航母甲板上的最终落点。

图1 仿真系统模块组合图

3）航母结构参数模块：该模块主要是建立目标特征模型，该仿真系统中是简化的航母组件式二维数字化模型[5]，将各个关键系统投影到航母甲板上，并向主系统提供航母各个关键系统的位置参数等。

4）子弹参数模块：该模块是用于确定子弹威力场，例如子弹的初始结构特征参数包括质量、装药量、弹体形状等。

5）主计算系统模块：该模块是整个仿真系统的核心，它主要实现两方面功能：第一，完成各程序间的结合、调用以及不同毁伤模式的选取；第二，依照建立的毁伤评估准则，对毁伤结果进行分析处理，进一步进行效能评估。

2 仿真运算及结果分析

2.1 运算流程

基于上述模块化思想，利用Matlab软件和VC＋＋软件进行混合编程，实现子母弹对航母目标毁伤评估仿真系统开发。母弹抛撒模型建立、子弹弹道模型建立、子弹威力场建立都是采用Matlab，而系统界面以及主系统模块是采用VC＋＋。基于篇幅考虑，关于母弹抛撒、子弹降落弹道方程解算等实现方法与过程见参考文献[6]，这里主要介绍该系统的运算流程并给出运算实例。

该仿真评估系统的输入参数是弹目初始条件，包括母弹弹道参数、母弹结构参数、子弹战斗部结构参数、目标特性参数和弹目交汇初始参数等；输出是毁伤效应参数值或目标毁伤等级，可以用曲线形式给出毁伤效应参数随初始条件的变化规律，能对任意初始弹目条件下的毁伤情况进行评估。

母弹弹道参数及结构参数输入界面如图2所示。在正确输入弹道参数及子弹参数的前提下，点击图2界面中的“下一步”，可出现如图3所示的界面，将输入的参数按照Matlab中程序的格式输出，以便于调用。进行仿真运算时，先点击菜单栏中的“调用Matlab引擎”打开Matlab软件，Matlab软件可以显示或隐藏；然后点击“执行运算结果”，将前面输入的各种参数全部传送到Matlab程序中，计算完毕后，可以将输入的各个量的值显示在“Matlab输出结果”下面的显示窗口中，另外得到的各种曲线图形，仍按照Matlab原有输出图形的格式输出。输出完毕后可关闭Matlab并点击“完成”退出。

图2 弹道参数界面

图3 Matlab形式参数

2.2 仿真实例结果分析

1）落点分布

弹头主要技术参数和抛撒参数如下：假设母弹中子弹数目为30颗，在母弹中分3层分布，最内层分布5个，其他各层比次内层多5颗，各层子弹径向抛撒速度分别为V0＝50m／s，V0i＝V0＋iΔv，并取Δv＝10m／s；母弹抛撒条件为102），抛撒高度为，弹道倾角为，终点速度为1002）；飞行甲板长度和宽度分别取 332.9m 和76.8m，厚度为80mm，目标中心与地面坐标原点之间距离L＝160m，当t＝0时，vx＝vx0，vy＝vy0，x＝x0，y＝y0。子弹直径为76mm；子弹质量为7.8kg；对弹道方程进行积分后，子弹在水平面上的落点分布如图4所示。

从图可看出，子弹落点在水平面上近似为椭圆分布。椭圆的覆盖范围与母弹的终点速度、弹道倾角、抛撒高度以及子弹的径向抛撒速度有关[5]。由于每层的抛撒速度有所差别，所以各层子弹都形成了相对应的椭圆，各层子弹形成的椭圆间距取决于各层速度差Δv和母弹终点速度V0。因为在抛撒高度相同条件下，子弹下落至地面所需时间随母弹终点速度减小而增加，导致各椭圆落点之间的距离增大；此时，若增大各圈子弹之间的抛撒速度差值，则会增大各椭圆落点之间距离。另外，椭圆落点分布的横、纵长度与子弹的特征面积等子弹外形参数、空气动力学参数的变化密切相关。

2）弹道倾角对毁伤效果影响

图4 子弹在水平面上的落点分布

假设子弹从抛撒到击中航母这段时间内航母位置没有明显变化。当子弹数为30，抛高为600m，每层径向速度比前层速度快10m／s，母弹终点速度为700m／s，弹道倾角从60°增加到90°时，击中航母的子弹命中率、各系统的毁伤概率分别如图5和图6所示。

从图5可以看到，子弹命中率随着弹道倾角增加先增加而后减小，从76°到82°达到了最大值约55%左右。从图6可以看出航母各分主要系统（根据目标特性分析，将航母甲板分为助飞系统、停机区、阻拦系统、指挥系统等4大功能子系统）的毁伤概率，除指挥系统一直没有变化、升降系统在81.5°左右有一个突增外，其他三个系统都有一个增加到下降的过程，这不仅与有效子弹数增加有关，而且与有效子弹毁伤面积有很大关系，同时也与有效子弹发挥威力大小有关。